为了适应我国铁路货物运输快速增长的发展需要,提高货车车辆制动能力一直是列车运行安全性的研究重点。车轮磨耗、热裂纹等是制动过程中车轮失效的主要形式,因此车轮热失效问题直接影响着列车运行的安全性。在有限元热分析相关理论基础之上,考虑轮轴过盈量和材料的非线性,应用大型通用有限元分析软件ANSYS构建了有限元三维轮对仿真模型,包括新车时刻、磨耗到限时刻和磨耗中间时刻模型；遵循热分析能量转换准则利用数值仿真分析法确定制动热负荷的边界条件；应用数理统计中的正交实验设计法,根据热负荷边界中的变量因素建立数学模型。分别计算正交实验数学模型下紧急制动和坡道制动的温度场,利用序贯耦合法将温度场计算结果作为边界条件再分别计算两种制动下的应力场,利用方差分析比较实验结果,评价各因素对结果的显著影响,筛选出一个影响计算结果最大的实验模型,绘制其温度场及应力场的温度和等效应力随时间的变化趋势,以及分析形成该趋势的本质原因。计算轮对在机械载荷单独作用下以及热—结构耦合作用下正交试验数学模型,对车轮薄弱辐板区域采用Goodman疲劳极限图,应用ORE多轴应力向单轴应力转换法,提取ANSYS计算结果数据,用MATLAB软件编程,进行疲劳强度评价。最后对轮对进行有预应力结构的模态分析,分析其振型及频率,结果表明对车辆悬挂系统不会产生共振现象。